自然辩证法学习笔记中科院刘二中老师.docx
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自然辩证法学习笔记中科院刘二中老师
科院二中自然辩证法学习笔记
ChapⅠ绪论
一什么是自然辩证法?
自然辩证法是关于自然界、自然科学发展的普遍规律的科学,是马克思主义自然观和科学技术方法论,由恩格斯首先提出。
二发展过程
恩格斯->列宁->于光远
ChapⅡ自然观
一古代自然观
1.中国古代自然观
i>.五行金,木,水,火,土;
ii>.八卦:
乾,离,兑,震,巽,坎,艮,坤
对应:
天,泽,火,雷,风,水,山,地
iii>.“元气”:
宇宙天地和世界万物都是由“气”构成的。
iv>.“浑天”
v>.“宣夜”
2.赫拉特利特:
认为火为本源。
罗格斯:
“一个人不能走进同一条河流”。
认识到对立物的同一,转化和斗争;
3.毕达哥拉斯:
i>.灵魂转世说;
ii>.数(有理数)即万物;
补充:
毕达哥拉斯发现了勾股定理之后,其一名弟子提出,等腰直角三角形的斜边与直角边之比,不是有理数。
毕达哥拉斯认为该弟子与其哲学观相左,将这名弟子扔进大海杀害。
iii>.和谐说;
4.诡辩学派,世界即“存在”。
存在是永恒的,唯一的,不运动的,不变化的。
代表人物:
芝诺。
二分辨运动场辩追龟辩飞矢辩
5.格拉底
i>.目的论
世界之所以如此,是因为“神”有“目的”的安排。
为什么世界如此“和谐”?
是因为神的特殊安排,不可能是随机的。
人无法也不应该研究事物的原因,而应当研究事物的目的,借此领会神的智慧和意志。
补充:
格拉底从研究事物的起源开始,由于当时认知手段的局限性,在遇到困难后,转而向有神论妥协。
ii>.辩证法(实际上是辩论法)
双方一问一答,互相诘难,使对方陷入矛盾,承认自身的无知,逐步修正意见,从而导致真理。
——因为过程之痛苦,又被称为“催产术”。
6.柏拉图(师从格拉底)
理念说/理念世界著作:
《理想国》
柏拉图:
“人的正确思想是从哪里来的?
”“为什么人的观念和世界事物一致?
”
i>.存在一个纯粹的理念世界,无任何物质,只有精神;
ii>.感觉世界的事物,是理念世界的摹本或映像;
iii>.物质世界后于理念世界,从“善”出发,以理念世界为蓝图,将“混沌(chaos)的泥土”塑造成感觉世界的事物;
iv>.认知即回忆。
人从出生到懂事,是一个回忆理念世界的过程。
7.德谟克里特
原子论,古希腊最接近现代科学的论断。
一切事物均是由原子和虚空组成的,原子位于虚空之中。
原子是运动的,其大小和形状不变。
各种原子组成了世界。
补充:
现代的原子和分子理论由道尔顿阐述
8.亚里士多德(师从柏拉图,亚历山大皇帝的老师,代表希腊文明的顶点)
著作:
《形而上学》
i>.逻辑学的贡献:
矛盾律,一个命题可以是真命题或假命题,但不可能即真又假;
排中律,任何正确的思维都有明确性,相互矛盾的判断不能同时为真。
同一律,在同一思维过程中,在什么意义上使用该概念,自始至终在这个唯一确定的意义上使用这个概念。
防止“偷换概念”。
涵/外延/三段论;
并非用单一哲学来解释世界。
亚里士多德是严密逻辑学的开创者,也是辩证思维的先驱。
对比古代中国由于缺少严密的逻辑学,因此数学较落后。
ii>.亚里士多德反对“理念说”,因为“理念说”难以解释变化的事物,该点与其老师柏拉图的观点相左。
亚里士多德:
“吾爱吾师,吾更爱真理。
”
iii>.实体论:
所有哲学观念均有其实体;
iv>.四因说:
形式因,质料因,动力因和目的因;
v>.宇宙观——地心说宇宙体系,“以太”概念的提出;
vi>.生物阶梯论,分为三类:
动物,植物和人;
二中世纪神学自然观
1.教父哲学
提出者:
古罗马圣奥古斯丁,补充:
著作有《天空之城》《上帝之城》
最早阐述了基督教的三位一体思想
i>.创世说:
耶和华创造世界,见《旧约.创世纪》;
ii>.原罪说:
亚当和夏娃由于在伊甸园偷食禁果,因此人出生就带有“原罪”(sin);
iii>.救赎说:
追随救世主,信奉上帝,忍受上帝,来世可以得救;
iv>.来世赏罚说:
行善上天堂,作恶下地狱;
v>.天启说:
一切同信仰抵触的都是无用的,一切信仰和真知,都是天启的结果;
2.经院哲学
托马斯.阿奎那,上帝存在的五大论证:
i>.不动之推动者;
ii>.最终因;
iii>.自身必然性;
iv>.真实性等级:
事物都是真实的,但真实的等级不一样;
(上帝的真实性最高)
v>.目的因;
这五大论证,最终指向上帝的存在。
三机械唯物论的自然观
背景:
力学和机械技术的发展;
伽利略发现摆的等时性。
牛顿发现微积分,万有引力,三大定律,《自然哲学的数学原理》(PhilosophiesNaturalsPrincipiaMathemetica),1687
机械唯物论:
否认一切偶然性,认为一切都是必然的。
形而上学的研究方法:
暂时分解,简化。
如科学问题的局部线性化,对于自然科学研究有重大的意义。
但是,形而上学的方法不能作为自然观,只能用于简化的方法,毕竟不准确比没有强。
恩格斯认为,即存在必然性,又要承认偶然性。
四辩证唯物主义的自然观
第一次产业革命之后,出现了自然科学的三大突破:
1.德国的康德、拉普拉斯,
《宇宙系统论》——从“星云”到“星系”的演进;
拉普拉斯(法国数学家,天文学家,法国科学院院士)在积分变换、矩阵和概率论方面的贡献,天体力学主要奠基人,天体演化学的创立者,应用数学的先驱
2.维勒,合成尿素,从无机物合成了有机物,打破了“有机物来自生命体”的论点;
3.地质学的突破,掌握了地球形成的规律,“上帝”从自然观中退位;
三大发现:
1.动物和植物统一于细胞;
2.不同能量之间的转化;
3.达尔文的生物进化论,使得“上帝”从生物学围中退位
恩格斯:
一切僵硬的东西融化了,一切固定的东西消散了,一切被当作永久存在的特殊的东西变成了转瞬即逝的东西,整个自然界被证明是指永恒的流动和循环中运动的。
破解芝诺悖论
一追龟辩
追龟辩的论点:
飞毛腿(阿喀琉斯)永远追不上乌龟。
假设阿喀琉斯每秒钟跑10米,乌龟每秒钟爬行1米,二者的初始位置为A0和B0,相距100米,开始时间的t=0。
当阿喀琉斯跑到B0位置的时候花了10秒钟,此时乌龟又前进了10米;阿喀琉斯追上这10米的时候,乌龟又前进了1米……如此循环,看起来,似乎是阿喀琉斯和乌龟的距离不断缩小,但就是追不上乌龟。
这就是有名的芝诺悖论中的“追龟辩”。
“追龟辩”的逻辑漏洞在于,它的假定是,无限个数相加必然是无穷大。
事实上,学过无穷递缩等比数列求和的同学,都能够看穿这背后的本质。
现假设,阿喀琉斯的速度为va,乌龟速度为vb,二者距离为s。
由小学数学知识可得,阿喀琉斯追上乌龟所需的总时间
而“追龟辩”描述的追击过程是这样的:
阿喀琉斯跑到乌龟的位置的时候,耗费的时间是
在t0时间里,乌龟前进的距离s1=vb·t0。
阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为
同理可知,在t1时间里,乌龟前进的距离s2=vb·t1。
阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为
这样,阿喀琉斯追击乌龟总共所需的时间,是这样一个等比数列的和:
将
记为λ,式(5)简化为
根据无穷递缩等比数列求和公式得,
显然,式(7)和式
(1)得出的结果相等。
“追龟辩”的迷惑性,从数学上而言,是缺乏适当的数学工具(几何级数、无穷小量的相关知识),从哲学上而言,是犯了孤立地看问题的错误,缺乏辩证法的方法论。
在学习了微积分知识之后,“追龟辩”就不再具有迷惑性了。
二飞矢辩
“飞矢辩”的论点是,飞行中的箭,在每一时刻都有其确定的位置,因此,飞行中的箭,在每一个时刻其实都是静止不动的。
破解“飞矢辩”需要具备一定的微分学知识。
现设箭的位移为S,从发射算起的时间为t,速度为V。
我们研究飞矢从时间t到t0的这段飞行过程,由物理学知识可以得到,这一段时间的平均速度
记Δt=t-t0,Δs=s-s0,式(8)变为
当Δt无限趋近于0的时候,得到的就是瞬时速度:
由微分学的知识可得,瞬时速度V为位移量S对世界t的导数。
除非箭真的一直不动,否则V是不会为0的。
推导到这里,我们已经破解了“飞矢辩”:
箭的瞬时位置为S是可以确定的,而V不为0,也就是瞬间速度并不为0。
“飞矢辩”的关键所在,是芝诺偷换了一个概念:
“瞬时”的位移是一个无穷小量,“瞬时”这个时间段也是一个无穷小量。
芝诺认为,两个无穷小量的差就是无穷小,这点是“飞矢辩”的逻辑错误。
“飞矢辩”的迷惑性,从数学上而言是缺乏研究无穷小量的工具,从哲学上来说,是犯了静止地看问题的错误。
ChapⅢ科学研究方法论
一研究实验方法
1.观察
i>.什么是观察?
获取研究对象自然信息的过程。
广义的观察:
除了用眼等各种感官,还包括借助各种仪器等。
ii>.观察的过程
阶段1:
感官接受事物的信息;
阶段2:
大脑处理判断信息;看见了什么?
是经过判断后的。
iii>.观察具有客观性;
iv>.观察的易谬性;
a.表现;(视错觉)
b.易谬性产生的原因——在观察的三个阶段中:
Phase1,在信息的产生,传播,接受过程中出错;
Phase2,感觉器官的误判,局限性,错觉;
Phase3,习惯性印象,粗略错误的认知,或理论的误导;
v>.人为演示的剖析
a.眼见未必为实——错觉,障眼法
b.事实的验证,不等于“解释”的正确
——未知的理论,科学理论暂时不能解释的方法。
c.表演包含了专业技术——忽视专业技术,难以识破专业的表演技术;
d.表演不成功的“托词”——最终的借口;
vi>.“气功”“特异功能”的剖析
a.来历:
思邈的《千金药方》
“气功”一词,是解放后出现的,文革结束后“科学的春天”,泥沙俱下。
国家领导人批示:
不提倡,不批判——导致“气功”泛滥。
b.气功的效能:
中医科学院,洪林的双盲对比试验证伪。
证明是心理暗示,安慰剂效应。
2.实验——又是一种观察
i>.什么是实验?
在控制和干预事物的情况下,获取信息。
文艺复兴后,人类逐渐掌握了科学的实验方法。
ii>.实验的特点:
a.析因实验;
b.探索型实验;——创造新的条件
c.测量型实验;——依靠仪器的,更好的观察,更精密
d.优选实验;——用较少的实验代价获取最精确的结果,正交设计使得各因素无关
e.模拟实验
3.观察实验的重要意义——观察实验是科学理论的突破口
i>.突破口——引入新条件;
ii>.科学精神,实事,依据第一手的材料,要保证实验数据的真实性,要保证实验是可重复的。
“在科学探索之外,还有其他的动力”
实验要“公开,公平,公正”。
——接受质疑和检验,观察易谬性
4.观察实验中的机遇问题
i>.偶然发现的机遇;
ii>.捕捉机遇非常重要,有一定的难度;
iii>.捕捉机遇对科研人员的要求
以高歌发明沙丘驻窝火焰稳定器为例。
a.留心意外之事;
b.抓住意外之事的规律;
c.不要遗漏有价值的机遇;
d.机遇总是偏爱有准备的头脑;
二归纳和演绎
1.归纳和演绎的定义;
i>.归纳
ii>.演绎
2.亚里士多德的归纳演绎方法
i>.归纳和归纳法
a.归纳过程是找原因的过程
b.简单枚举法:
A1具有性质P;
A2具有性质P;
A3具有性质P;
……………………
——————————————————
所有的A均具有性质P。
c.直观归纳法:
依靠洞察力,在感觉经验资料中看到本质
ii>.演绎和演绎法
a.演绎,依靠解释性原理;
b.演绎法:
三段论
大前提所有的M是P
小前提所有的S是M←M是中项,中项必须周延
结论所有的S是P
三段论的关键是在大前提和小前提中,寻找一个中项。
3.亚里士多德对“前提”的科学解释中,对前提的要求:
i>.前提必须为真——必须由各种事实归纳出的真命题;
ii>.前提是无法证明的——如几何公理;
举例:
欧几里德几何学的三大公理和五大公设
iii>.前提必须比结论更为人所知;
iv>.前提必须是结论的原因。
4.归纳法的扩展:
i>.穆勒五法:
求同法,差异法,求同差异法,共变法和剩余法;
ii>.作图法;
iii>.相关性分析;
三分析与综合
1.背景
伽利略逝世,牛顿诞生,拉瓦锡、胡克和哈雷对自然科学的贡献;
2.牛顿的分析方法
在实验和观察的基础上,用归纳法进行论证,从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,从普遍原因到最一般的原因
3.牛顿的综合方法
假定原因已经找到,并将它们列为原理,再由这些原理解释发生的现象,并用观察和实验,证明这些解释的正确性。
4.牛顿分析综合方法的特点
i>.从对少数对象深入研究入手,然后在推而广之,“解剖麻雀”;
ii>.通过观察实验来决定观察结果的取舍,大大提高科研效率;
5.牛顿分析综合方法对原因的要求
——所有牛顿时代的“自然科学家”,都认为自己是“哲学家”。
“除了那些真实的,已经能解释现象的原因之外,不需要更多原因;自然界不做无用之事,因为自然界喜欢简单化,不爱用什么多余的来夸耀自己;对于自然界同一类结果,尽可能归于同一类原因。
”
四公理化方法
1.从欧几里德到牛顿
毕达哥拉斯的数学体系;
托勒密的“地心说”体系;
古希腊文化学术成就,在中世纪前传播到了阿拉伯,因此避免了轶失
2.自然科学公理化的条件
i>.严格明确的基本概念;
具有极高的概括性,而且是必不可少的;
ii>.严格一致的公理和法则;
作用力/反作用力,加速度,矢量合成/分解;……
iii>.相应的数学工具;
3.公理化系统的优越性
i>.形式简明,逻辑性强;
ii>.数值严格,运算方便;
iii>.普遍性高;
iv>.可靠性高;
ChapⅣ创造性原理
一历史的回顾
从30年代起,考证“牛顿发现万有引力”等,美军备竞赛等
二创造及相关研究
1.创造——什么叫“创造”
创造就是产生新颖而且有特殊效果的活动。
2.创造性思维
人们从事创造时,头脑中的思维活动。
3.创造的过程
i>.发现事实阶段。
发现什么事实?
a.问题;
b.解决问题的优势,所需要的资源;
c.是否适合创新解决这个问题
——寻找合适,能够解决的问题,以及有关的材料
ii>.发现思想阶段findthought
iii>.发现解决方案阶段
——很多“发明”都停留在第二阶段,没有进化到现在的阶段。
4.创造度,衡量创造的标准
某种创造性思维富含创造性的程度
i>.思维/创造的新颖性和独特性;
ii>.要解决的问题,应当具有一定的未知性、独特性和不确定性;
iii>.涉及的问题的难度——提出后在多久时间未解决;
iv>.解决方案提出的效果——最为重要;
三创新能力的相关因素
1.创新能力与智力;
i>.认知能力;
ii>.记忆力——人脑保存和检索已有知识的能力;
iii>.发散思维——思路向多方向发展
特征:
丰富性,灵活性,新颖性和惊喜性
iv>.联想,想象与形象思维;
v>.收敛思维,大大提高了形成方案的效率;
vi>.评价能力,做出评价决策的能力。
随着年龄增长而增加;
vii>.智商,19世纪中后期出现的概念。
同创造力关系正相关,相关系数约0.3;
2.创新能力与个性;
i>.强烈的好奇心和求知欲;
ii>.独立性与自主精神;
iii>.批评与怀疑精神;
iv>.富于冒险精神;
v>.决心/毅力/责任感;
vi>.兴趣广泛,知识面宽,富于幽默感——幽默与创造性的关系
(不能仅限于一个方面优秀,而需要多方面的杰出)
以下是不利于创造的个性:
viii>.从众性,自觉或不自觉与大多数他人保持一致的性格;
从众性是可测验的,是人类的天性,是人类群体生活的必要因素。
从众性对创造是有阻碍的,创造时需要对从众性进行适当的调节;
ix>.偏执:
指性格的片面和狭隘,判断问题过于片面和极端,没有辨证地,实事地看待问题;
x>.刻板:
主要表现为对新变化的抵抗,或对新事物的反感;
xi>.自私:
总是极端为自己打算;
创新需要对个性进行自我调节,发挥个性中有利一面的优势,规避个性中不利的一面对创新造成的负面影响。
4.创新能力与年龄、性别;
i>.年龄,人有智力顶峰和体力顶峰的自然规律;
ii>.性别,男女心理是有区别的;
ChapⅤ技术创新方法
一技术创新的基本过程
1.典型过程:
——技术创新过程的线性模型
i>.发现目标
ii>.确定任务
iii>.寻找方法
iv>.实验
v>.确定设计
vi>.申请专利
vii>.实施和投产
viii>.开拓市场
例子:
自来水笔的发明
2.复变过程
i>.步骤次序可能有变化;
ii>.各步骤可能反复并行;
3.技术创新与一般技术过程的区别
i>.技术创新的不确定性,难以确定规划;
ii>.发明创造的突出标志:
专利权的获得;
iii>.新技术需要比旧技术优越,才能称为成功;
二技术创新的目标
1.需发明之母
i>.需求比兴趣更重要;
ii>.大多数的需求来自于市场;
iii>.需求的可实现性,需求与可能的统一;
iv>.实现需求的代价和该需求的相称;
2.来源之一:
幻想与愿望
i>.幻想成真,例:
莱特兄弟发明飞机;
ii>.不切实的愿望,例:
拍立得照相机;
3.来源之二:
解决问题
i>.搜罗问题——推拉门槽滑带;
ii>.懒惰带来问题——锅炉自动控制;
iii>.“娇气”的启示——船尾外挂马达;
4.来源之三:
消除缺点
i>.抓住对手的毛病——碳精话筒;
ii>.愤怒是发明之母——密纹唱片;
iii>.体会顾客心理——密封卫生毛巾;
iv>.挑剔产品细节——胶靴透气孔;
v>.吝啬节约——海绵乒乓球拍;
三创新构思的技巧
1.创新任务的表述与思路
2.观察,分析与联想——将观察到的问题存在大脑中。
不要忽略意外的机会。
例:
近视手术的发明
3.活用科学技术原理
i>.掌握技术原理;
ii>.关注最新前沿技术发展;
iii>.综合利用多重原理;
4.组合法——(一般只有少数能够最后成功)
i>.元件组合;——滤波器
ii>.功能组合;——照相手机
iii>.材料组合;——材料组合
iv>.方法组合;——“鸡尾酒”治疗爱滋病
v>.概念组合;——某些玩具
组合法的关键:
1+1>2的效果。
5.变化法:
长短,粗细,大小,材料……
变功能,变方法……
6.转换观察问题的角度
i>.改变用途:
治病药->耗子药;
ii>.逆向思考;
iii>.移情及换位思考;
7.转用法:
将A领域中的技术,用在B领域中;
8.类比法(仿生法),最著名例子:
尼龙粘扣,对“苍耳子”的仿生
四灵感及其捕捉方法
1.定义:
发散思维中,自由联想产生出来的,具有特殊价值的想法;
2.特点:
处于头脑的边缘状态而不容易产生,或与大量其他种种可能混杂在一起,没有什么明显特征可以使它被优先考虑到。
它正是我们在发明创造(或其他活动中),极力追求的思想和概念。
3.浮现的几率:
床上:
38%
阅览室:
17%
步行:
21%
乘车:
17%
4.灵感捕捉的方法
i>.创造灵感产生的环境——有有驰
ii>.有灵感,要及时记录下来
五创新中的“头脑风暴”法
1.定义
一个小组汇集其成员,自动贡献的全部思想,以便寻找某一问题的解决办法的开会技巧(韦伯斯特国际词典)
2.四条规则
i>.禁止批评——消极批判必须留在最后;
ii>.欢迎“畅所欲言”——主意越怪越好;
iii>.要求数量——数量越大,出现有用主意可能性越大;
iv>.寻求综合和改进;
3.会前准备
主持人(召集人)起关键作用
确定主题,确定参加人,通知,备忘录,准备时间
4.会议进行,需要主持人、记录人
5.会后的分析/筛选/实验
6.行之有效的原因
i>.思想、主意的出现,主要依赖于联想及其链式反应;
ii>.竞争的气氛促使灵感的出现;
iii>.轻松幽默的气氛;
六创新构思评判的参考原则
1.尊重科技原理,例:
永动机的不可能性;
2.实际可行性,例:
特斯拉无线传输电能;
3.市场接受的程度决定成败;
4.相对最优原则,例:
高铁和磁悬浮的优劣;
5.机理简单原则,例:
检测肥皂盒是否空盒;
6.构思独特原则
7.防止轻率推断
七文献资料与互联网的利用
1.文献资料的重要性
i>.防止“重新发明轮子”;
ii>.便于站在前人肩膀上,更高的起点;
2.利用好各种资料
3.专利文献
i>.及时性;
ii>.详尽性;
iii>.新颖性;
4.互联网的利用
互联网的出现,使得查询学术,专利文献极其便利。
优先级:
中文>美国>欧洲和日本
八创新与研制
1.创新研制的必要性——实践是检验真理的唯一标准;
2.创新研制的过程
i>.基本机理的验证,低成本原型;
ii>.初步设计和优化实验;
iii>.制出样品与评价;
iv>.解决生产工艺问题;
3.创新研制的策略(以莱特兄弟研制飞机为例)
i>.量力而行,精打细算;
ii>.掌握方案设计与实验的平衡;
iii>.合理地安排研制步骤;
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